今天這篇主要是針對索引，開篇前先對Mysql數(shù)據(jù)庫的性能有個整體的認(rèn)識，一般來講8c16g的數(shù)據(jù)庫qps在1000~2000，而16c32g的數(shù)據(jù)庫 qps在2000~4000左右，我們講qps也一般是針對單個系統(tǒng)、服務(wù)的性能衡量，而tps：一個業(yè)務(wù)系統(tǒng)（請求會調(diào)用多個其他服務(wù)）的性能衡量。
索引篇
索引為什么要放在磁盤中
上一篇數(shù)據(jù)更新流程中，有講Innodb引擎會在內(nèi)存引入buffer pool，但是由于內(nèi)存容易丟失，一般而言會配合各種日志和刷盤策略，將數(shù)據(jù)持久化在磁盤文件中，但是和內(nèi)存相比，從磁盤中讀取數(shù)據(jù)的速度會慢上百倍千倍甚至萬倍，所以，我們應(yīng)當(dāng)盡量減少從磁盤中讀取數(shù)據(jù)的次數(shù)。另外，從磁盤中讀取數(shù)據(jù)時，都是按照磁盤塊來讀取的，并不是一條一條的讀。如果我們能把盡量多的數(shù)據(jù)放進(jìn)磁盤塊中，那一次磁盤讀取操作就會讀取更多數(shù)據(jù)，那我們查找數(shù)據(jù)的時間也會大幅度降低。如果采用樹這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，那每查找一次數(shù)據(jù)就需要從磁盤中讀取一個節(jié)點(diǎn)，也就是我們說的一個磁盤塊。
為什么不用平衡二叉樹（B-Tree）作為索引呢？
平衡二叉樹每個節(jié)點(diǎn)只存儲一個鍵值和數(shù)據(jù)的，這就意味著每個磁盤塊僅僅存儲一個鍵值和數(shù)據(jù)！存的越多，二叉樹的節(jié)點(diǎn)也會越多，并且高度也會極其高，查找數(shù)據(jù)時也會進(jìn)行很多次磁盤 IO，效率也非常低下！為了解決這個問題，就可以采用 B 樹結(jié)構(gòu)來解決層級過高。
B樹的每個節(jié)點(diǎn)稱為頁，頁就是前面提到的磁盤塊，B 樹相對于平衡二叉樹，每個節(jié)點(diǎn)存儲了更多的鍵值（key）和數(shù)據(jù)（data），并且每個節(jié)點(diǎn)擁有更多的子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)的個數(shù)一般稱為階。 基于這個特性，B 樹查找數(shù)據(jù)讀取磁盤的次數(shù)將會很少，數(shù)據(jù)的查找效率也會比平衡二叉樹高很多。
為什么要用B+樹？
- B 樹節(jié)點(diǎn)中不僅存儲鍵值，也會存儲數(shù)據(jù)，而B+ 樹非葉子節(jié)點(diǎn)上是不存儲數(shù)據(jù)的，僅存儲鍵值，如果不存儲數(shù)據(jù)，那么就會存儲更多的鍵值，層高基本不會因?yàn)閿?shù)據(jù)擴(kuò)大而增高（三層樹結(jié)構(gòu)大概可以存放兩千萬數(shù)據(jù)量）。
- B+樹有利于磁盤的IO，數(shù)據(jù)越多，只需要提升樹的階數(shù)（節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)樹）即可，樹就會更矮更胖，IO次數(shù)就更少。
- B+樹的所有數(shù)據(jù)都在葉子節(jié)點(diǎn)上，所以B+樹的查詢效率穩(wěn)定，一般都是查詢3次（根節(jié)點(diǎn)存放在內(nèi)存中）。B+ 樹索引的所有數(shù)據(jù)均存儲在葉子節(jié)點(diǎn)，而且數(shù)據(jù)是按照順序排列的。范圍查找，排序查找，分組查找以及去重查找變得異常簡單，而B 樹因?yàn)閿?shù)據(jù)分散在各個節(jié)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是很不容易的。
- B+ 樹中各個頁之間是通過雙向鏈表連接的，葉子節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)是通過單向鏈表連接的。在 InnoDB 中，我們通過數(shù)據(jù)頁之間通過雙向鏈表連接以及葉子節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)之間通過單向鏈表連接的方式可以找到表中所有的數(shù)據(jù)。
底層的索引結(jié)構(gòu)
MySQL的數(shù)據(jù)是以頁為基本單位組合而成的，頁的大小是16KB，里面包含我們的多條數(shù)據(jù)，它還有指向下一頁的指針和指向上一頁的指針。Mysql取頁還有一個預(yù)讀機(jī)制（數(shù)據(jù)庫在查詢到一條數(shù)據(jù)的時候會把頁中相鄰的數(shù)據(jù)也取出來）。
將一個節(jié)點(diǎn)的大小設(shè)為等于一個頁，這樣每個節(jié)點(diǎn)只需要一次I/O就可以完全載入。假設(shè)B+Tree的高度為h，一次檢索最多需要h-1次I/O（根節(jié)點(diǎn)常駐內(nèi)存），復(fù)雜度O(h) = O(logmN)。實(shí)際應(yīng)用場景中，M通常較大，常常超過100，因此樹的高度一般都比較小，通常不超過3。
Mysql底層的B+樹結(jié)構(gòu)
Mysql會采用頁目錄的目錄項(xiàng)來指向一行數(shù)據(jù)，這條數(shù)據(jù)就是存在于這個目錄項(xiàng)中的最小數(shù)據(jù)，那么就可以通過頁目錄來查找所需數(shù)據(jù)。非葉子節(jié)點(diǎn)是雙向鏈表，葉子節(jié)點(diǎn)是單向鏈表。
每個節(jié)點(diǎn)就可以理解為是一個頁，而葉子節(jié)點(diǎn)也就是數(shù)據(jù)頁，除了葉子節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)就是目錄頁。非葉子節(jié)點(diǎn)只存放了索引，而只有葉子節(jié)點(diǎn)中存放了真實(shí)的數(shù)據(jù)。
